Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Определение толщины тепловой изолящ1и надземных трубопроводов

Для надземных трубопроводов толщина тепловой изоляции может быть определена либо по заданным тепловым потерям, либо из условия предотвращения замораживания нефтепродукта, либо на основании технико-экономического расчета.

В первом случае толщина тепловой изоляции определяется из формулы

-In-+ -

QpC -In---!

т„-т„

(7.48)

методом последовательных приближений. Во втором - расчет ведется по формуле

1П = 27г

(Тер-То) 1 QpC -AT " а,7гО„

(7.49)

где Т,р- средняя по дггиме температура перекачиваемой жидкости; AT -допускаемое падение температуры в надземном участке длиной

В третьем случае задача решается аналогично выбору оптимальной толщины тепловой изоляции дггя подземного магистрального трубопровода. Окончательное выражение для нахождения D имеет вид

a,D D„ a,D„,

l2S,D

(7.50)

Определение толщины тепловой изоляции для резервуаров

Решение оптимизационной задачи из условия минимума затрат на сооружение и эксплуатацию тепловых установок и тепловой изоляции позволило получить следующие формулы для оптимальной толщины тепловой изоляции для стенки 5„з, и кровли 5„з

-\0,5

; (7.51)

?..,АТ

(„з+енн,)-р„з„зЧ-0„-1к)-Л„

1 5,

К. «20+3

(7.52)

где - стоимость котельных установок со вспомогательным оборудованием и зданиями для них, отнесенная к 1м поверхности нагрева котлов;

Oj - заработная плата с начислениями, отнесенная к одному котельному агрегату;

Oj - расходы на топливо, воду, смазку и т.д., отнесенные к единице поверхности нагрева котлов;

Frot ~ площадь поверхности нагрева одного котла;

q - паросъем с 1 м поверхности нагрева котельного агрегата;

i„, - энтальпии соответственно пара и конденсата;

Т1„ - коэффициент, учитывающий потери тепла в паропроводе до резервуара;

«к, «1к - коэффициенты теплоотдачи от нефтепродукта к стенке и в газовое пространство резервуара;

5, Хзз - толщина и эквивалентный коэффициент теплопроводности газового пространства в резервуаре;

аз, ttjo - коэффициенты теплоотдачи от наружной поверхности изоляции на стенке и покрытии в окружающую среду;

щ - коэффициент теплоотдачи излучением;

АТ - разность средних температур нефтепродукта и воздуха.

§ 7.4. Определение числа и расстановка станций на «горячем» трубопроводе

Расчетное число пунктов подогрева п равно отношению полной длины трубопровода L к расчетному расстоянию между ними т.е. п, =L/„. Если принять для простоты рассуждений К=К.,=К (что идет в запас надежности расчета), то

K-tt-DL

п.. =

QpC,

т-т„

(7.53)

Из данного выражения следует, что расчетное число пунктов подогрева прямо пропорционально коэффициенту теплопередачи и площади поверхности трубопровода tcDL, а также обратно пропорционально массовому расходу нефти Q • р.

Расчетное число насосных станций п находится как отношение полных потерь напора к напору одной станции, т. е.

п =

hn +AZ + H -И,

(7.54)

Алгоритм расчета п следующий:

1) определяют расчетное число пунктов подогрева nj

2) находят критическую температуру нефти при проектном расходе;

3) вычисляют протяженность участков с турбулентным i. и ламинарным (. режимами течения нефти;

4) определяют потери напора на этих участках и в целом на перегоне между пунктами подогрева;

5) находят п.

Найденное число насосных и тепловых станций округляется до-целых чисел (п и п соответственно). Округление числа станций лучше производить в большую сторону, т.к. это ведет к уменьшению температуры подогрева нефти и повышению надежности работы «горячих» трубопроводов в особых случаях (остановка станций, пуск трубопровода и др.).

Поскольку изменение температуры нефти не зависит от профиля трассы, то пункты подогрева предварительно распределяются по-трассе равномерно, через равные расстояния.

При расстановке насосных станций можно было бы воспользоваться методом Шухова, заменив гидравлический треугольник фигурой с параболическим характером изменения напора. Чтобы построить такую фигуру надо рассчитать потери напора как минимум для пяти точек (иначе, кривая будет построена неточно), что сложнее, чем строить гидравлический треугольник. Но самое главное это то, что после такого определения мест размещения насосных станций необходимо заняться уточнением мест размещения пунктов подогрева. Дело в том, что их по возможности стараются совмещать с насосными станциями, чтобы уменьшить затраты в социально-культурную сферу. А после перемещения пунктов подогрева придется соответственно уточнять начальную и конечную температуры нефти, чтобы напора станций хватило на ведение перекачки.

Более простой метод расстановки станций заключается в использовании среднего гидравлического уклона

Н, +пН -Az-H

(7.55)

Как видно из формулы (7.55), под i,p понимается гидравлический уклон в изотермическом трубопроводе, эквивалентном рассматриваемому.

В остальном расстановка насосных станций выполняется по методике, описанной в главе 5.

Задача размещения пунктов подогрева, на первый взгляд, решается просто: достаточно по горизонтали в масштабе отложить среднее расстояние между ними 4, = L/n.. Такое решение является верным лишь формально, т.к. не учитывает необходимости совмещения части пунктов подогрева насосными станциями. В этой связи предлагается следующий алгоритм расстановки промежуточных пунктов подогрева.

Поделив расстояния между насосными станциями на 4с> находят, сколько их необходимо для каждого перегона. Найденное число округляют в большую сторону до ближайшего целого п.,, после чего находят окончательное среднее расстояние между пунктами подогрева на каждом перегоне

= i/n..i (7-56)

При заданном расположении пунктов подогрева необходимо заново определить оптимальные величины T„j, Т, и Т>„ в пределах каждого перегона между НС.

Алгоритм данного расчета следующий. Необходимые потери напора:

- для всех перегонов, кроме последнего, на эксплуатационном участке

h,=H„„-Az.; (7.57)

- для последнего перегона на эксплуатационном участке

h,=H,,+H,„-H,„-Az,, (7.58)

где AZi - разность нивелирных высот конца и начала i-ro перегона между насосными станциями.

Соответствующие необходимые величины средней кинематической вязкости нефти

Vcp,=

h;-d

1,02-p-Q

и ее средней температуры на i-том перегоне

(7.59)

1 v u v.

(7.60)

Учитывая, что

Tni - = (T,pi - To)UIy, TO повторяя вывод аналогично (7.42)...(7.44), получаем целевую функцию годовых приведенных затрат в пункты подогрева и тепловую изоляцию для i-ro перегона

Г + ElnD..

+ s,dL + S3,

(7.61)

где Шу) - число Шухова между пунктами подогрева на рассматриваемом перегоне между насосными станциями

Шу,=-

Q-pC„-(r + E-lnD„J Sq; - расчетный коэффициент

а -л-

q,-Л,

-(e„+J-(Tep,-To).

(7.62)

(7.63)

Условие целесообразности применения тепловой изоляции: первая производная от функции (7.62) по диаметру изоляции при D„3i = D„ должна быть меньше нуля, что дает неравенство

D„(r+E-lnD„)< pi- " " V2-S,

(7.64)

Если неравенство (7.64) выполняется, то оптимальный диаметр тепловой изоляции на i-том перегоне находится из трансцендентного уравнения

D„3,-(r+E-lnD„J =

So.-E

2-S.

(7.65)

В случае, если применение тепловой изоляции нецелесообразно, то требуемая начальная температура нефти находится по формуле

T„i=To + (T .-То).

(7.66)

а соответствующая величина Т, вычисляется по формуле (7.1). При-этом величина Шу„ определяется по формуле (7.62), в которой величина D„3i заменена на D„.

Найденные величины Т„ и Tj должны удовлетворять действующим ограничениям на них.

§ 7.5. Общий случай определения оптимальных параметров «горячей» перекачки по теплоизолированному трубопроводу

При оптимизации температурного режима перекачки, толщины тепловой изоляции, числа пунктов подогрева и насосных станций необходимо учитывать следующие ограничения:

1) число пунктов подогрева п. и насосных станций п должно быть целым;

2) толщина тепловой изоляции не должна быть меньше минимально допустимой (по технологическим соображениям) величины, т.е.

s„3[s„J;

3) начальная и конечная температуры нефти не должны выходить за пределы допустимых значений, то есть Т„<[Т„] и Т>[Т];

Ранее рассмотренные подходы к оптимизации отдельных параметров «горячей» перекачки этих ограничений не учитывают. Поэтому нами был предложен следующий алгоритм одновременной оптимизации всех параметров «горячих» теплоизолированных трубопроводов.

Из имеющегося опыта проектирования «горячих» трубопроводов известно, что насосные станции на них удалены друг от друга на расстояние от 50 до 150 км. Это позволяет назначить пределы

варьирования числа НС от nV„ ло п Найденные зна-

чения округляем до ближайших целых п„;„ < nV„ и п;„ < n„. Соответственно расстояние между НС будет находиться в пределах

L , L

от =- до = -

min max

max min

(7.67)

Полагая число пунктов подогрева кратным числу насосных станций, можем найти

п, = 9n • п, (7.68)

где 9n - средний коэффициент кратности числа пунктов подогрева числу НС: ф>1 и принимает только целые значения.

Таким образом, первое ограничение непосредственно вносится в алгоритм расчета.

При заданной произюдительности трубопровода выбор насосов и определение их количества на НС производится следующим образом.